[发明专利]一种大型复杂腔道钛合金铸件精密成形方法

说明书

本发明公开了一种大型复杂腔道钛合金铸件精密成形方法，该方法采用精铸复合涂壳型芯和石墨铸型制备大型复杂腔道钛合金铸件，复合涂壳型芯和石墨铸型除气后组装成铸型，将自耗电极放入真空自耗电极凝壳炉中熔炼，并采用钛合金离心浇铸工艺向铸型内浇铸钛合金液，离心后得到型复杂腔道钛合金铸件。利用本工艺铸造出的钛合金铸件，提高了铸件尺寸精度、内部质量、表面质量，极大的降低了铸件的废品率，降低了铸件的铸造成本，缩短了铸件的生产周期，具有良好的经济效益和社会效益。

技术领域

本发明涉及一种铸造方法，特别是涉及一种高承压、大型、复杂腔道、薄壁钛合金铸件精密成形方法。

背景技术

随着航空、航天、舰船、石油化工、矿山开采等行业的快速发展，尤其是火箭发动机制备领域对一些高承压、大型、复杂、薄壁类钛合金铸件的需求越来越多。此类产品主要通过铸造来成型，目前钛合金铸造技术主要采用稀土陶瓷型熔模铸造、机加石墨型铸造等工艺。

针对高承压、大型、复杂腔道、薄壁类钛合金铸件精密成形，采用机加石墨铸型铸造工艺铸造，需要耗费大量的石墨来加工铸型，并且由于石墨自身的高导热率，石墨铸型对钛合金液体具有非常强烈的激冷作用，金属液体与石墨表面接触的部位由于冷却速度很快，会产生大量的冷隔和裂纹等缺陷，同时，石墨型芯一般用于成形铸件复杂腔体，这些腔体部位由于结构异常复杂，利用工具很难进行打磨、加工，缺陷去除非常困难，往往导致铸件表面质量不合格，导致铸件报废，这样不但使铸件废品率居高不下，还极大影响到铸件的生产周期，生产效率低下。若采用稀土陶瓷型熔模精密铸造技术，虽然可以获得较高的铸件尺寸精度，较好的表面质量，但是对于高承压、大型、复杂腔道、薄壁类钛合金铸件，需要大型压蜡机制备蜡模，并且制作蜡模的模具成本很高昂，制壳过程工序多、蜡模在制壳过程中易软化变形，导致尺寸精度得不到有效保障，面层容易脱落，容易在铸件内部产生高密度夹渣，导致铸件质量不合格。因此，不管哪一种铸造工艺都存在铸型制作复杂，铸件废品率高，生产成本高，劳动强度大，生产周期长等技术问题，急需创新一种新的铸造工艺方法来解决高承压、大型、复杂腔道、薄壁类钛合金铸件精密成形的技术瓶颈问题。

目前大型、复杂腔道、薄壁钛合金铸件产品普遍存在冷隔、气孔等缺陷，无法满足今后更高高质量火箭发动机零部件需求，急需开发一种高内部质量、高表面质量钛合金复杂结构件成形方法，提高产品质量，降低质量成本，提高生产效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高承压、大型、复杂腔道、薄壁钛合金铸件精密成形方法，利用石墨铸型的激冷作用和精铸复合涂壳型芯的高表面质量、高尺寸精度、高退让性，得到所需质量合格的高承压、大型、复杂腔道、薄壁钛合金铸件。

为实现上述技术问题，本发明通过以下技术方案得到：

一种大型复杂腔道钛合金铸件精密成形方法，该方法采用精铸复合涂壳型芯和石墨铸型制备大型复杂腔道钛合金铸件，复合涂壳型芯和石墨铸型除气后组装成铸型，将自耗电极放入真空自耗电极凝壳炉中熔炼，并采用钛合金离心浇铸工艺向铸型内浇铸钛合金液，离心后得到型复杂腔道钛合金铸件。

所述精铸复合涂壳型芯具体步骤如下：

(1)将面层耐火粉料加入到面层粘结剂中混匀搅拌1～3小时，制备成面层涂料；把该涂料涂挂在蜡模上，撒面层砂，干燥时间为8～12小时，温度为18～22℃，湿度为45～55％；重复上述操作2～3次形成面层型壳；所述面层耐火粉料与面层粘结剂的质量比为2～3.5：1。所述面层耐火粉料为40μm～80μm粒径的Y₂O₃和40μm～80μm粒径的ZrO₂混合物，其中，ZrO₂粉30～50wt％、余量为Y₂O₃粉。所述面层砂为粒径80μm～150μm的ZrO₂砂。所述面层粘结剂为纳米氧化铝分散液，分散液浓度为8％～12wt％。